基于NB—IOT遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

易國鍵

摘 要： 家庭用水電氣表和我們的日常生活息息相關(guān)，傳統(tǒng)抄表方法是人工上門抄表統(tǒng)計數(shù)據(jù)。隨著社會的發(fā)展，人工抄表顯露出效率低、人工成本高、記錄數(shù)據(jù)易出錯、維護(hù)管理困難等多種弊端。本文擬采用NB-IOT技術(shù)實(shí)現(xiàn)水電氣遠(yuǎn)程抄表，突顯物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用場景解決方案。

關(guān)鍵詞： NB-IOT；GPRS；遠(yuǎn)程抄表；物聯(lián)網(wǎng)；智能儀表

1.研究背景

隨著供電自動化以及城鄉(xiāng)電網(wǎng)、水網(wǎng)改造的不斷深入，涉及到千家萬戶的水電管理和抄表計費(fèi)已成為相關(guān)部門關(guān)心和重視的熱點(diǎn)問題。受安裝環(huán)境、測量介質(zhì)等諸多因素影響，如智能水表長期運(yùn)行在潮濕、生銹環(huán)境中，電控模塊極易發(fā)生故障。南、北水質(zhì)，地表水、地下水等檢測指標(biāo)，水表口徑、安裝方式和安裝環(huán)境都不盡相同，因此無法建立統(tǒng)一的技術(shù)路線和標(biāo)準(zhǔn)，智能水表在物理層和協(xié)議層都呈現(xiàn)高度的不統(tǒng)一，嚴(yán)重影響智能水表的覆蓋率。 隨著社會的快速發(fā)展，居民生活用電水急劇攀升，水表抄表量逐漸增大，用水管理成本增加，管理難度越來越復(fù)雜，現(xiàn)階段的人工抄表等方式存在諸多的缺陷不便，不但抄讀效率低、費(fèi)時費(fèi)力，而且準(zhǔn)確性和及時性得不到有力保障，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)管理和技術(shù)決策方面得不到詳細(xì)準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)。如果現(xiàn)有的技術(shù)不能用來改善傳統(tǒng)的人工抄表方式的不合理之處，而人工抄表造成的錯誤，勢必對供電供水企業(yè)管理極壞的社會影響，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。現(xiàn)代計量及收費(fèi)的方法日新月異，傳統(tǒng)的計量儀表及人工上門抄表收費(fèi)的方法正逐步被淘汰。隨著電表“一戶一表抄表到戶”工程的實(shí)施，光電直讀水表的應(yīng)用，計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)集中抄收，集中控制，集中收費(fèi)的管理方法，正被越來越多的人接受。

目前已有通過485網(wǎng)線、電力載波、紅外、GPRS遠(yuǎn)程無線等通訊方式，對水電氣表進(jìn)行抄錄管理。相比較而言，GPRS遠(yuǎn)程抄表技術(shù)更先進(jìn)、效率更高、更安全，但也存在諸多問題，如通訊基站用戶容量小、功耗高、信號覆蓋較差、成本較高等。

2. NB-IOT技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而建立的智能抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程抄表功能，摒除了傳統(tǒng)抄表的費(fèi)時、費(fèi)力的缺點(diǎn)，而是采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)對居民的水、電、氣信息智能采集，不僅使抄表的準(zhǔn)確性有所提高，而且還提高了抄表效率。基于NB-IOT遠(yuǎn)程抄表在繼承了GPRS遠(yuǎn)程抄表功能優(yōu)點(diǎn)的同時還擁有海量容量，相同基站通訊用戶容量是GPRS遠(yuǎn)程抄表的10倍。NB-IOT擁有更低功耗，在相同的使用環(huán)境條件下NB-IOT終端模塊的待機(jī)時間可長達(dá)十年以上、信號覆蓋更強(qiáng)（可覆蓋到室內(nèi)與地下室）。

NB-IOT，是基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）通訊模式，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，大量降低了部署成本，可支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接。NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)。NB-IOT使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波等三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存。

3.基于NB-IOT遠(yuǎn)程抄表解決方案

本方案采用NB-IOT通訊模組，可內(nèi)置水電氣表中，也可支持在現(xiàn)有儀表設(shè)備上升級改造。通過基站進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，針對小包、偶發(fā)的遠(yuǎn)程抄表應(yīng)用場景，NB-IOT設(shè)計獨(dú)特的DRX特性，終端在發(fā)送數(shù)據(jù)包后，立刻進(jìn)入一種休眠狀態(tài)，不再進(jìn)行任何通信活動，等到它有上報數(shù)據(jù)的請求的時刻，它會喚醒自己，隨后發(fā)送數(shù)據(jù)，然后又進(jìn)入睡眠狀態(tài)。按照物聯(lián)網(wǎng)終端的行為習(xí)慣，將會達(dá)到99%的時間在休眠狀態(tài)，使得功耗會非常低，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備超低功耗，兩節(jié)5號電池的電量可以使用10年以上。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

遠(yuǎn)程抄表可實(shí)現(xiàn)水電表抄收、電表預(yù)付費(fèi)后付費(fèi)模式可選、電表遠(yuǎn)程通斷控制、水電表狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程購水電、欠費(fèi)短信通知。具體如下：

（1）系統(tǒng)設(shè)置：讀取和設(shè)置計量數(shù)據(jù)、管理參數(shù)；

（2）系統(tǒng)運(yùn)營：費(fèi)用統(tǒng)計、查詢、備份、報表、收費(fèi)單生成；

（3）小區(qū)管理：對各小區(qū)設(shè)置通信參數(shù)；

（4）系統(tǒng)管理：管理操作人員及權(quán)限、通信設(shè)置；

（5）定時抄表：實(shí)現(xiàn)自動抄表設(shè)置，如定時定區(qū)區(qū)域等；

（6）實(shí)時抄表：實(shí)時抄取任意表當(dāng)前狀態(tài)及數(shù)據(jù)；

（7）自動較時：校正終端時間；

（8）短路檢測：系統(tǒng)自動顯示信號線短路狀態(tài)；

（9）防竊報警：對系統(tǒng)內(nèi)違章行為進(jìn)行監(jiān)測；

（10）斷電數(shù)據(jù)備份：系統(tǒng)或設(shè)備斷電時，數(shù)據(jù)自動長期保留。

綜上所述，NB-IoT技術(shù)是新時代發(fā)展的產(chǎn)物，將解決眾多應(yīng)用場景局限性的問題，NB-IOT技術(shù)將應(yīng)用于更多物聯(lián)網(wǎng)場景，實(shí)現(xiàn)人人互聯(lián)、萬物互聯(lián)。■endprint